本文分享一个来自益瑞电的文章，我在福州工作期间，多次到美国出差，看过很多美国光学镀膜企业，他们有一个特点，都是历史悠久的企业，有些超过了 20年，30年，40年，从事单一的镀膜工作这么长时间，积累的技术和对光学镀膜技术的精通也是十分深厚。

本文分享的文章来自令我十分敬佩的企业，这家美国企业在5英寸的片子上实现半高宽1.72nm，中心波长均匀性在0.01nm，这样的中心波长均匀性十分难达到。

我们提供定制镀膜服务(紫外（13.5nmMo/Si平面反射镜（反射率63%）193nm 266nm 355nm 405nm平面反射镜和增透膜），可见光（二，三，四通道滤光片，半高1nm滤光片），近红外，金属反射膜（金银铜铝），窄带（近红外带宽0.3nm,可见光带宽1-2nm）)，中远红外（增透膜，滤光片），也拥有大量的滤光片标品库存，请联系我的微信获取库存列表。

1  简介

许多领域都需要大尺寸（>100 mm 直径）窄带通滤光片 (NBPF)。需要大视场的应用推动了对大收集光学器件的需求，然而，还需要由窄平顶带通光学滤波提供的高波长选择性，以促进对感兴趣的现象或物质的特定和选择性分析。  这些光学器件的应用多种多样，包括地球观测遥感（无论是卫星成像还是无人机安装的激光雷达）、天文/太阳成像、紫外微光刻工具和活体动物生物（荧光）成像。

不同的应用对滤光片的波长选择性有不同的要求 - 滤光片的特性由滤光片传输的波长范围和级别（通带）以及滤光片拒绝的波长范围和级别（阻带）定义 -为了优化系统检测器的信噪比。  需要设计和制造滤光片，以在光学器件的整个通光孔径 (CA) 以及整个操作参数范围（包括入射角 (AOI) 和锥角以及使用环境条件）上实现所需的波长选择性。

在多层、电介质、薄膜滤光片中，入射角和工作温度的变化会产生中心波长 (CWL) 的偏移——增加 AOI 会导致滤光片轮廓向更短的波长偏移；工作温度的升高通常会导致滤光片轮廓向更长的波长移动。  在滤波器设计和制造过程中需要考虑这些波长偏移，并导致对从通带到阻塞带的陡峭过渡的要求增加。

这些额外设计“余量”的要求中的每一个都可能使大型 NBPF 的成功制造成为一项特殊的挑战。   为了实现这一目标，需要卓越的精度（滤光片形状的均匀性和控制）和卓越的精度（中心波长定位的控制）。

此外，许多应用，特别是远程环境中的应用（例如部署在卫星仪器中），要求滤波器多年保持其光谱性能特征。这需要非常稳健的过滤器设计和制造策略，以及仔细选择和处理生产中使用的材料。

益瑞电已经解决了这些挑战，并且最近成功设计和制造了环境稳定的 1.72 nm 宽 (FWHM) NBPF，其中心位置在 780 nm 附近，距离目标在 20 pm 以内，工作通光孔径直径 >125 mm。

2 这有多好？

在滤光片制造的所有应用中，都需要对光谱性能进行出色的均匀性控制，因为它可以增加符合规格的涂层面积。对于小型滤光片，例如用于光纤电信系统的 1/2” 至 1” 光谱滤光片或非常小的 (~1.5 x 1.5 mm 2 ) 滤光片，宽广的光谱均匀性有助于提高涂层运行产生的零件数量，因此降低了每个过滤器的成本。在非常大的光学器件（直径>100毫米）的情况下，高度均匀涂层的要求对于可以实现的功能变得至关重要，因为均匀性决定了通光孔径的大小和/或可以提供的波长选择性程度。

2.1精度和准确度

典型的高端商用滤光片在 >100 毫米范围内表现出中心波长约 0.1-0.2% 的均匀性。  这里描述的滤光片在通光孔径直径 >125 毫米的情况下，涂层均匀度小于中心波长的 0.02%，均匀度比现有高端基准提高了近一个数量级。

对于任何非常窄带的滤光片，均匀性和滤光片形状都不足以确保出色的功能性能。  如果 NBPF 的峰值未与感兴趣的谱线（无论是激光波长还是感兴趣的分析物的吸收峰）对齐，中心波长瞄准的偏移可能会导致信号丢失。  典型的光学滤光片制造可以将小型（<1”）滤光片定位在目标 CWL 的 ±100 pm 范围内。  这项工作中创建的大型 NBPF 是为了将目标 CWL 匹配到 ±10 pm 之内（通光孔径的平均值）而制造的。

CWL（均匀度）的变化：0.094nm    Δ≤0.013%

带宽变化 (FWHM)：1.705nm – 1.735nm Δ ≤ 1.8% 

CWL 波动精度：±10 pm Δ ≤ 0.003%

峰值透过率的变化：98.70% – 99.52%  Δ≤0.82%

2.2      耐用性、可靠性和稳定性

如果过滤器无法经受加工或在操作环境使用条件下性能下降，那么即使达到卓越的性能水平也是没有用的。  涂层工艺（高能磁控溅射）和所使用的材料本质上会产生坚固可靠的涂层。  然而，在推动沉积条件和退火工艺时，我们不确定是否能够实现该滤波器的典型可靠性和耐用性。

尽管如此，过滤器还是成功通过了一系列规定的环境耐久性测试，例如轻度磨损（5N力下粗棉布50次）、溶解度（丙酮和乙醇浸泡5分钟）、湿度（55°C和95% RH，48小时） 、多重粘附（快速胶带去除）和热真空循环（±90°C 之间 30 个循环，每个极端停留时间为 30 分钟）。此外，过滤器在没有改变涂层后尺寸（取芯）的情况下仍然存在，这是对粘附力和过滤器坚固性的非常严格的测试（它在使用中永远不会遇到任何类似的滥用）。

使用寿命稳定性（性能随时间和温度变化的最小化）也是该滤波器的一个关键参数。  热老化测试（湿热）模型表明，如果在 85 °C 下使用 10 年，该过滤器在 CWL 中的偏移将小于 10 pm。  此外，还测试了在空气和真空中使用之间的性能稳定性，因为蒸发涂层等其他技术可能会在空气和真空中表现出变化。  在测试仪器的测量精度 (±20 pm) 范围内，未检测到空气和真空之间 CWL 的可测量变化。

3  设计和制造注意事项

为了在大通光孔径的固定中心波长下生产具有陡峭、窄带通的滤光片，沉积的薄膜质量必须在整个表面上均匀并且具有低散射/雾度，以最大化信噪比。  此外，在整个涂层运行过程中需要均匀稳定性，以保持所需的过滤器形状。  为了生产具有这些特性的滤光片，必须仔细考虑涂层目标和基底的位置和相对运动、气流分布、原位温度控制、实时原位单波长监测 (SWM) 以及涂层工艺的稳定性。

为了实现目标 CWL ±10pm 以内的 CWL 精度，有必要开发一种热退火装置，以确保在这个大而厚的滤波器（大热质量）的整个表面上进行均匀退火。  由于这种滤光片设计会通过退火转向更长的波长，因此有必要特意从镀膜机中瞄准更短的 CWL，以允许滤光片的 CWL 在每个退火周期中迭代地推至稍长的波长。   此外，退火过程对于稳定滤波器在其工作环境中使用时防止进一步的热引起的波长偏移是必要的。

准确表征光谱性能的能力至关重要，无论是作为上述退火过程的反馈回路，还是确保最终产品满足所有客户规格。  AOI 中的测量不确定性、询问光束和分析光学器件的准直度（锥角）以及测试时的滤光片温度都会影响保证光谱合规性所需的过度设计余量。  通过最大限度地减少测量系统这些方面的不确定性，可以最大限度地减少“填充”规格所需的过度设计，并最大限度地提高其他制造工艺（退火和涂层）中允许的可变性的过度设计余量。  最后，为了确保在整个 125 mm 通光孔径内满足光谱特性，采用了定制的测量装置，提供具有完全准直光束路径（准直发射和捕获光学器件）的零件的 x-y 光谱映射。

4.结论

通过采用和优化上述设计和制造技术，益瑞电成功生产了环境稳定的窄带（1.72nm FWHM）带通滤波器，其中心在直径为 125 mm 的通光孔径上目标 CWL（~780nm）的 ±10pm 范围内。  该滤波器展示了益瑞电能够生产最先进的性能大型 NBPF，均匀度变化<0.02%。